基于線形調(diào)頻連續(xù)波體制(LFMCW)的安防雷達終端軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

安徽博微長安電子有限公司 徐 佳 金賢龍 李文杰

基于線形調(diào)頻連續(xù)波體制(LFMCW)的安防雷達終端軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

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隨著雷達在民用領(lǐng)域的市場越來越大,相應體制的雷達已從軍用轉(zhuǎn)為民用,隨著安防雷達實時性、精確性、便攜性功能的擴展,可以全天候進行監(jiān)測和預警,而不受環(huán)境和光線的影響,所以在安防領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。但是任何一款雷達都離不開人機交流的操作終端,性能好、數(shù)字化、人性化的操作終端將逐漸成為新一代雷達系統(tǒng)中不可或缺的重要部分。

網(wǎng)絡(luò)通訊;數(shù)據(jù)處理;實時刷新;終端軟件

1 引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展,各個領(lǐng)域?qū)Π卜览走_的需求也越來越迫切,在民品市場如智慧露營地、智慧城市、油田警戒等領(lǐng)域有著巨大需求的潛力。安防雷達相對于普通監(jiān)控攝像頭、紅外預警等監(jiān)控報警方式,有著不可比擬的優(yōu)點。安防雷達采用相參預警雷達技術(shù),實現(xiàn)了對監(jiān)測區(qū)內(nèi)空間無間斷全程覆蓋,具有體積小、重量輕、可靠性高以及距離盲區(qū)小、無速度盲點、高距離分辨力、良好的抗干擾性能等優(yōu)點。安防雷達不僅能對侵入目標進行定位,而且可以獲取監(jiān)控場景內(nèi)移動物體的速度、方向、距離、角度信息,24小時無間隙監(jiān)控?？膳c具有同步變焦的高速球型攝像機配合,可以實現(xiàn)目標跟蹤,不僅可以立即定位入侵點位,而且能夠獲得很好的圖像信息,便于用戶做出快速響應,從而避免事故發(fā)生。

2 終端處理系統(tǒng)需求

安防雷達終端軟件的編寫是為了用戶更好的監(jiān)測雷達的工作狀態(tài),如果想檢測雷達功能是否正常,比如接收機、發(fā)射機回波等是否出現(xiàn)異?，F(xiàn)象,從信號處理給出的結(jié)果上是很難發(fā)現(xiàn)的,所以需要終端軟件來輔助對數(shù)據(jù)進行檢測。安防雷達終端顯示主要用來顯示雷達所獲得的目標信息和情報。其中顯示的內(nèi)容包括目標的位置信息、速度信息以及方位信息等參數(shù)。對于安防雷達的終端顯示,其主要任務是用來發(fā)現(xiàn)目標和預報目標的位置信息,并通過網(wǎng)口按照相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將獲取目標的位置信息、速度信息以及方位信息,經(jīng)過相關(guān)算法在上位機界面的軟件系統(tǒng)顯示出來,為終端操作用戶帶來可視化、直接化及易操作化的優(yōu)點。該雷達的終端軟件基于Windows操作平臺開發(fā),涉及開發(fā)采用VC++6.0工具進行開發(fā),其終端軟件的主要功能流程如圖1所示:

圖1 終端軟件功能

在該流程中,終端軟件通過網(wǎng)口實現(xiàn)PC機與信號處理板的連接,通過網(wǎng)口并按照相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信,在收到正確數(shù)據(jù)后,在軟件中經(jīng)過相關(guān)處理完成包括控制命令及目標信息等相關(guān)雷達信息參數(shù)的通信工作。同時,在終端界面上通過從雷達獲取的目標位置信息將目標顯示出來并予以儲存,供用戶查看。

3 點跡在軟件中的處理

(1)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是用來實現(xiàn)一個網(wǎng)絡(luò)中多個計算機之間的數(shù)據(jù)交換和通信,對計算機的通訊來說,協(xié)議就是怎樣達到通訊的約定,如以太網(wǎng)協(xié)議就是物理網(wǎng)絡(luò)層之間的通信,而用戶數(shù)據(jù)報(UDP)協(xié)議族則是描述較為抽象功能的一種協(xié)議。相對于TCP 協(xié)議,需要在傳輸信號的雙方建立一個連接,然后才能互相通信,而在UDP協(xié)議中無需建立連接,直接收發(fā)信息。因此,UDP具有如下優(yōu)點:1)操作簡單,不需要大量的監(jiān)護,適合運用在局域網(wǎng)和高可靠性的分散系統(tǒng)中。2)傳輸速度快、效率高等。在該終端軟件系統(tǒng)中,首先定義了一個類:CComm類,在類中定義了一個監(jiān)聽函數(shù):static void *ListenThread(void *data),該函數(shù)用于接收信號處理板送來的點跡信息。其形參data為接收到的按協(xié)議傳來的信息數(shù)據(jù),為以后的數(shù)據(jù)處理提供相關(guān)依據(jù)。同時在類中定義了一個bool類的函數(shù):SendMsg(char *Msg,int Len,char *host,short port)用來綁定信息發(fā)送到主機的相關(guān)地址及端口號。

(2)信號處理板傳輸來的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)口按照相關(guān)協(xié)議送到終端軟件,在軟件圖形處理界面上,需將數(shù)據(jù)如實打印到可視化窗口上,在用戶需求下,需要在窗口上形成如下功能:

1)扇形點跡形成畫面;2)入侵目標次數(shù)直方圖;3)點跡實時信息;4)軟件連接狀態(tài)等等。

在扇形點跡形成畫面中,將網(wǎng)口輸出來的數(shù)據(jù)放置數(shù)組Dot[1024],該數(shù)組中的數(shù)據(jù)用來在界面上進行顯示處理。在使用之前需OnInitDialog中對其初始化,防止數(shù)據(jù)不真實。在OnPaint函數(shù)中,進行扇形背景繪制,按照雷達偵查距離功能指標要求,最大發(fā)現(xiàn)距離:(Pd=80%,Pf=10-6),行人≥300m(RCS典型值0.75m2),探測角度范圍為±15°,采樣率為1MHz,在扇形的繪制過程中需按照此要求進行繪制,在主對話框類中定義畫扇形區(qū)域函數(shù)DrawRadar(unsigned char *testnum2,unsigned int *a);testnum2數(shù)組用來存放網(wǎng)口接收來的數(shù)據(jù),a數(shù)組用來存放解析后所需點跡的各個信息的數(shù)據(jù)。由于采樣率為1MHz,信號處理板每10ms送來一幀數(shù)據(jù),按照需求,可以在定時器OnTimer內(nèi)設(shè)定時間間隔顯示在扇形區(qū)域內(nèi)。同時對按照報文送來解析后的數(shù)據(jù)進行解析處理,得出每幀數(shù)據(jù)送來點跡信息的個數(shù),實時反映在終端軟件的入侵目標次數(shù)直方圖中,方便用戶實時獲取點跡的相關(guān)信息。

為保證處理器內(nèi)核任務的平衡,同時也提高整個系統(tǒng)得并行效率,需要對終端軟件多線程任務進行系統(tǒng)調(diào)度。當啟動某個線程之前,必須為該線程寫一個全局函數(shù)與之關(guān)聯(lián)。此全局函數(shù)需要返回UINT型數(shù)據(jù),并且需要有一個32位的數(shù)據(jù)作為參數(shù)。進程中的主線程需要創(chuàng)建新的線程可以隨時實現(xiàn)線程啟動新的線程,程序代碼可以做如下方式的調(diào)用:

UINT Wxy_Thread(LPVOID pParam) {}

Cwind Thread *pWxy_Thread=AfxBeginThread(Wxy_ Thread,LPVOID Param, THREADPR IORITYNORMAL);

上述代碼中參數(shù)LPVOID pParam用于全局函數(shù)傳遞,參數(shù)THREADPR IORITYNORMAL屬于線程的優(yōu)先權(quán)。一旦線程啟動,兩個或者多個線程也就開始獨立運行,因此在程序編寫時,需關(guān)注和考慮線程沖突的發(fā)生。

同時,由于系統(tǒng)的實時性很強,因而在數(shù)據(jù)處理上對顯示終端軟件的要求很高,在信號處理板經(jīng)過數(shù)據(jù)采樣,按照每10ms發(fā)送一幀數(shù)據(jù)的要求,終端軟件需實時進行刷新,并在扇形點跡區(qū)域中需調(diào)用流程中的Invalidate()函數(shù)進行區(qū)域刷新。由于安防雷達的數(shù)據(jù)每10ms刷新一次,如果對整個區(qū)域進行更新,會導致數(shù)據(jù)幀丟失或者程序出現(xiàn)崩潰。因此首先需將整個視圖子區(qū)域置為無效,在收到WM_PAINT消息,只需將實時刷新的數(shù)據(jù)進行點跡顯示,并送到相關(guān)的算法中進行處理,隨后視圖文檔的OnUpdate()函數(shù)完全接受更新后的UpdateAllViews()函數(shù)的所有參數(shù),根據(jù)這些參數(shù)的提示去計算量小、最適當?shù)囊晥D重繪區(qū)域,然后調(diào)用InValidateRect()函數(shù)宣布該矩形區(qū)域無效,從而引發(fā)視圖的更新實現(xiàn),實現(xiàn)終端軟件的點跡實時刷新。同時在雷達探測坐標到終端顯示坐標的轉(zhuǎn)換過程中,由于涉及到浮點數(shù)的計算,需要的計算量比較大,在坐標系的轉(zhuǎn)換過程中,我們需要把雷達主機數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換為屏幕坐標,如果按照一般的方法來做,即每次收到新的數(shù)據(jù)后對其進行坐標轉(zhuǎn)換的話,處理的時間就會不夠,因此我們選擇查表法來對數(shù)據(jù)進行坐標轉(zhuǎn)換,在顯示終端軟件啟動之初,就把坐標轉(zhuǎn)換表創(chuàng)建好并存入數(shù)組,當需要進行坐標轉(zhuǎn)換的時候,我們只需要進行查表即可。

圖2 終端軟件界面顯示

4 終端處理界面設(shè)計

在圖2所示的終端軟件界面上,主要分為三個部分:目標顯示區(qū),歷史入侵顯示區(qū)和目標數(shù)據(jù)顯示區(qū)。目標顯示區(qū)為一扇形面,可顯示從0到400m的范圍的目標。

歷史入侵顯示區(qū)顯示在什么時刻有多少個目標進入雷達檢測范圍的數(shù)據(jù)。

目標數(shù)據(jù)顯示區(qū)顯示的是被檢測目標的具體信息,包括距離、速度和角度。

目標信息由基帶板通過網(wǎng)口被PC機獲得,在雷達顯示軟件上位機中顯示。錄取目標數(shù)不少于12個。

雷達狀態(tài)顯示:連接狀態(tài),數(shù)據(jù)流量、監(jiān)控時長。

5 結(jié)束語

本文介紹了基于線形調(diào)頻連續(xù)波體制的安防雷達終端軟件的設(shè)計與實現(xiàn),使用了網(wǎng)口收發(fā)數(shù)據(jù)、多線程、點跡顯示等系列方法,通過相關(guān)的調(diào)試及實現(xiàn),已能在實際項目中實現(xiàn),同時為以后相關(guān)體系雷達終端軟件提供參考方法。

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表2 不同負載等級下產(chǎn)品的效率、功率因數(shù)

根據(jù)實驗波形及數(shù)據(jù)有力的證明了本產(chǎn)品具有較低的電流諧波畸變率,較高的輸出效率值。

4 結(jié)束語

本產(chǎn)品基于TMS320F2803DSP數(shù)字芯片通過PFC電壓環(huán)、PFC電流環(huán)的雙閉環(huán)控制,很好地保障了母線電壓穩(wěn)定輸出,同時又引入了母線偏壓環(huán)控制正負母線平衡,保證輸出穩(wěn)定的電壓值。實驗結(jié)果證明產(chǎn)品具有較高的效率,較低的輸入電流諧波畸變率,圓滿完成了本產(chǎn)品設(shè)計的初衷。

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作者簡介:

張勇【通訊作者】(1986-),河南許昌人,大學本科,現(xiàn)工作于許繼電源有限公司,主要研究方向為電動汽車充換電,大規(guī)模儲能技術(shù)。

張曉麗(1986-),河南平頂山人,碩士研究生,現(xiàn)工作于許繼電源有限公司。

王卓琳(1989-),河南禹州人,碩士研究生,現(xiàn)工作于許繼電源有限公司。

徐佳(1987-),男,安徽淮南人,碩士研究生,電訊設(shè)計師,現(xiàn)供職于安徽博微長安電子有限公司,主要從事軟件系統(tǒng)開發(fā)。